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二氧化碳培養箱的主要用途是體外培養，為細胞和組織培養營造一個盡可能自然的生長環境。通過在培養箱箱體內模擬形成一個類似細胞/組織在生物體內的生長環境，培養箱要求穩定的溫度（37°C）、穩定的CO2水平（5%）、恒定的酸堿度（pH值：7.2-7.4）、較高的相對飽和濕度（95%），來對細胞/組織進行體外培養的一種裝置。

對于細胞培養，溫度、濕度和 CO2 水平這三個參數至關重要。這要求二氧化碳培養箱能夠對溫度、二氧化碳濃度和濕度提供精確穩定的控制，以便于其研究工作的進展。

1、溫度控制
保持培養箱內恒定的溫度是維持細胞健康生長的重要因素。二氧化碳培養箱有兩種類型的加熱結構可供選擇：氣套式加熱和水套式加熱。

氣套式加熱系統是通過箱體內的加熱器直接對箱內氣體進行加熱的。氣套式設計在箱門頻繁開關引起的溫度經常性改變的情況下能夠迅速恢復箱體內的溫度穩定。而水套式培養箱是通過一個獨立的熱水間隔間包圍內部的箱體來維持溫度恒定的。熱水通過自然對流在箱體內循環流動，熱量通過輻射傳遞到箱體內部從而保持了溫度的恒定。

雖然這兩種加熱系統都是精確和可靠的，但是它們都有著各自的優點和缺點。

水套式設計有其優點：水是一種很好的絕熱物質，當遇到斷電的時候，水套式系統就能更可靠地長久保持培養箱內的溫度準確性和穩定性(維持溫度恒定的時間是氣套式系統的4-5倍)。如果您的實驗環境不太穩定(如有用電限制，或者經常停電)并需要保持長時間穩定的培養條件，此時，水套式設計的二氧化碳培養箱比較好的選擇。

氣套式與水套式相比，具有加熱快，溫度的恢復比水套式培養箱迅速的特點，特別有利于短期培養以及需要箱門頻繁開關的培養。此外，對于使用者來說氣套式設計比水套式更簡單化(水套式需要對水箱進行加水、清空和清洗，并要經常監控水箱運作的情況)。

2、相對濕度控制

培養箱內相對濕度的控制是非常重要的，維持足夠的濕度水平才能保證不會由于過度干燥而導致培養失敗。大型的二氧化碳培養箱是用蒸汽發生器或噴霧器來控制相對濕度水平的，而大多數中、小型培養箱則是通過濕度控制面板的蒸發作用產生濕氣的（其產生的相對濕度水平可達95-98％）。一些培養箱有一個能在加熱的控制面板上保持水份的濕度蓄水池，這樣可以增強蒸發作用，此蓄水池能增加相對濕度水平達97-98％。但是，這個系統也更復雜，由于復雜結構的增加一些難以預料的問題也會在使用過程中出現。

3、CO2控制

CO2 濃度探測可通過兩種控制系統——熱傳導傳感器（TC）或紅外傳感器（IR）進行測量。當二氧化碳培養箱的門被打開時，CO2從箱體內漏出，此時傳感器就會探測到CO2濃度的降低，并做出及時的反應，重新注入CO2使其恢復到原先預設的水平。

熱傳導傳感器（TC）監控CO2濃度的工作原理是通過測量兩個電熱調節器（一個調節器暴露于箱體環境內，另一個則是封閉的）之間的電阻變化來實現的。箱內CO2濃度的變化會改變兩個電熱調節器間的電阻，從而促使傳感器產生反應以達到調節CO2水平的作用。TC控制系統的一個缺點就是箱內溫度和相對濕度的改變會影響傳感器的精確度。當箱門被頻繁打開時，不僅CO2濃度，溫度和相對濕度也會發生很大的波動，因而影響了TC傳感器的精度。當需要精確的培養條件和頻繁開啟培養箱門時，此控制系統就顯得不太適用了。

紅外傳感器（IR）作為另一個可選擇的控制系統比TC系統具備更精確的CO2控制能力，它是通過一個光學傳感器來檢測CO2水平的。IR系統包括一個紅外發射器和一個傳感器，當箱體內的CO2吸收了發射器發射的部分紅外線之后，傳感器就可以檢測出紅外線的減少量，而被吸收紅外線的量正好對應于箱體內CO2的水平，從而可以得出箱體內CO2的濃度。因為IR系統不會因溫度和相對濕度的改變而受到影響，所以它比TC系統更精確，特別適用于需要頻繁開啟培養箱門的細胞培養。然而，此系統比TC系統更貴，這時就要結合經費預算進行考慮了。